碳纤维二硫化钨纳米片核壳复合材料

二硫化钨具有类石墨烯结构，是典型的层状化合物，其层内原子通过很强的共价键结合，层间为微弱的范德华力。二硫化钨这种独特的结构，赋予其特殊的力学、光学和电学性能。因此，二硫化钨纳米材料不仅在润滑、磨损领域具有广泛的应用，而且在催化(如可见光降解有机污染物、可见光制氢，电催化制氢)、锂电池(如阳极材料)、光电转化(如发光 二极管、太阳能电池)等领域有着广阔的应用前景，引起了科研工作者的广泛关注。

虽然二硫化钨的带隙较小(约1.8eV)，具有强的吸收可见光的能力，理论上在光电转化以及催化领域都有非常优异的性能，但是实际上其在太阳能电池、光催化降解有机污染物以及可见光制氢能力等方面都表现很差，一般认为这是光催化过程中产生的电子和空 穴非常容易复合导致的。为了提高二硫化钨的可见光催化能力，必须加快其光生电子和空穴的分离，常见的方法就是将二硫化钨和其他材料复合，如将二硫化钨和石墨烯等碳材料复合。其目的是利用石墨优异的导电性，将光生电子迅速的传导出去从而降低了二硫化钨光生电子和空穴的重新复合，大大提高其在光催化和太阳能电池方面的性能。此外，与石墨复合，还将增强二硫化钨的导电性，使其在作为电催化剂或者阳极材料得到更好的应用。

将二硫化钨和碳材材料复合，可采用核壳复合结构的制备方案，利用预氧化聚丙烯腈纤维在高温下才热解成碳的特点，在真空管式炉中，用热蒸发技术直接蒸发硫粉末作为硫源，在载气作用下，在高温下熏蒸浸泡过WO3悬浊液的预氧化聚丙烯腈纤维，实现碳纤维和二硫化钨纳米片的同时合成，能高产率地制备得到所述碳纤维二硫化钨纳米片核壳复合材料，其步骤可采用以下方案：

(1)在真空管式炉中，将装有硫粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在气流上方距离炉中央加热区域10-40cm处，将盛有浸泡过WO3悬浊液的预氧化聚丙烯腈纤维的石英基片放置在炉中央加热区域。

(2)在加热前，先用真空泵对整个系统抽真空至0.02Pa以下，然后向系统中通入高纯惰性载气，并重复多次，以排除系统中的空气。然后以10-20℃/min的速率升温到300-500 ℃，并保温5-20分钟，再以10-30℃/min的速率升温到800-1100℃，并保温1-5小时。在加热过程中，在真空系统持续工作的前提下通入载气并保持载气流量为100-300标准立方厘米每分钟，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，最后自然降温到室温，即可在基片上得到大量高纯度、高密度的碳纤维-二硫化钨纳米片核壳复合结构。

上述碳纤维二硫化钨纳米片核壳复合材料，具有设备和工艺简单、合成生长条件严格可控、产品收率高、成本低廉、生产过程清洁环保等特点。所获得的核壳复合结构密度高、纯度高，纳米尺度有序、直径和厚度均匀、形貌可控，无需后处理。

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